proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2022 год
  Агентство  ПРоАтом. 25 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
Новинка!

Вышла в свет книга Вадима Подольного « Архитектура высоконагруженных систем. Системы сбора информации, распределенные системы управления, системы реального времени».
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[26/01/2022]     Гелий до востребования

В эпоху всеобщего увлечения водородом разного цвета, «Газпром» представил широкому кругу специалистов уникальную установку по извлечению гелия и производству гелиевого концентрата. Эта разработка может стать одной из самых успешных технологий на газовом рынке, которая позволит России в будущем стать лидером по производству гелия.



Солнечный газ

Гелий – поистине уникальный газ без цвета, вкуса и запаха. Он не токсичен, не горюч, не взрывоопасен и феноменально химически пассивен. По распространенности во вселенной он занимает второе место после водорода. Этот газ впервые зафиксировали в короне Солнца в 1868 году, и только через 27 лет обнаружили в минералах Земли. Не зря один из первооткрывателей этого газа англичанин Норман Локьер присвоил ему название «гелий» (от древнегеческого ἥλιος — «солнце»).

Гелий является лучшим проводником электричества среди газов и вторым проводником тепла после водорода. Температура его кипения самая низкая из всех известных человечеству веществ равна минус 269 градусов Цельсия. Температуры плавления у этого газа нет вообще, поскольку жидкий гелий при сколь угодно близкой к абсолютному нулю температуре не затвердевает. Эти свойства делают гелий незаменимым газом в отдельных отраслях промышленности.
 

От акваланга до адронного коллайдера
 
Гелий используется в атомной промышленности, в космических технологиях, в производстве деталей мобильных телефонов, полупроводников, жидкокристаллических экранов, оптических волокон, вычислительной и измерительной техники, для охлаждения ядерных реакторов и в других областях.

Благодаря низкой температуре кипения и уникальной сверхтекучести гелий активно применяется в криогенных системах. Порядка 28% мирового спроса на «солнечный» газ приходится на сферу производства и эксплуатации медицинской техники, где жидкий гелий используется для охлаждения сверхпроводящих магнитов в аппарате МРТ.

Гелий применяют в охладительной системе синхрофазотронов, в том числе построенном в городе Дубна. Но высшей ступенью стало применение этого газа в многоступенчатой охладительной системе ускорителя Большого андроннного коллайдера, созданного в рамках проекта CERN недалеко от Женевы. Работа коллайдера требует поддержки температуры в минус 271,25 градуса Цельсия, что под силу обеспечить только гелию.

Еще 18% мирового потребления гелия приходится на разные виды сварочных работ, 15% - на сферу электроники, в том числе для охлаждения во время производства экранов гаджетов и при создании оптического волокна. Сверхтекучесть гелия позволяет использовать этот газ для поиска утечек в трубопроводах и котлах, а его легкость — для закачки в баллоны для метеозондов и аэростатов. Кроме того, гелий используется в геологии для определения глубоких разломов, изучения глубинных недр Земли и поиска геотермальных источников. 

Отдельной областью применения является создание дыхательных смесей для глубоководного погружения водолазов. Российские ученные на основе этого опыта сейчас разрабатывают методики применения газовых смесей с гелием для лечения от коронавирусной инфекции.

«Вышеперечисленные области использования относятся к гелию-4. Однако в составе гелия-4 содержится в миллионных долях его изотоп – гелий-3, имеющий стратегическое значение для науки и техники с учетом его способности вступать в реакции термоядерного синтеза практически без радиоактивного излучения. Это дает основание рассматривать гелий-3 как топливо термоядерных реакторов, за которыми будущее энергетики. Анализ областей использования гелия показывает, что с учетом уникальности свойств в ряде областей гелий невозможно заменить другими веществами»,  – отмечает в своей работе один из разработчиков мембранной установки по извлечению гелиевого концентрата заместитель начальника Центра предпроектных исследований Саратовского филиала «Газпром проектирование» Наталья Кисленко.
 

Воздушный шарик станет золотым
 
Таким образом, в будущем спрос на гелий будет только расти вслед за развитием новых высокотехнологичных отраслей промышленности. Подталкивать спрос на него будут всё более активное проведение медицинских исследований с помощью МРТ и коммерческое освоение космоса. По оценкам CREON Group, с 2016 по 2019 годы мировой спрос на гелий в космическом секторе вырос на 9%, а к 2024 году, он увеличится еще на 21%.

Не менее важным стимулом станет постоянное увеличение используемых людьми гаджетов. По данным экспертов, с 2016 по 2020 годы количество пользователей смартфонов в мире выросло с 3,7 миллиарда до 6,1 миллиарда человек. К 2024 году число мобильных устройств в мире достигнет 17,7 миллиарда штук.

Объем мирового производства и потребления гелия по разным оценкам до 2020г. составлял от 170-190 млн кубометров в год. Но уже в среднесрочной перспективе он может превысить 200 млн кубометров в год. По прогнозам Research and Markets, к 2025 году мировой рынок гелия достигнет 18,2 млрд долларов, увеличившись в среднем на 13%. Так что в скором времени простой шарик с гелием на детском утреннике станет по-настоящему золотым.

Добыть нельзя использовать
 
Основной проблемой производства товарного гелия является то, что на Земле он содержится в основном в природных газах, причем в незначительных количествах: в тысячных, сотых и очень редко – в десятых долях процента. По примерным оценкам, мировые запасы гелия составляют порядка 40 млрд кубометров. В России сосредоточено около 34% этих запасов, при этом основная доля всех отечественных ресурсов гелия приходится на месторождения Восточной Сибири и Дальнего Востока. Второе место по запасам гелия занимает Катар (21-25%), третье и четвертое места делят США (18%) и Алжир (17%).

Тот факт, что гелий является лишь примесью в природных газах, добываемых в качестве энергоресурсов, и определяет двойственность процессов производства гелия. Масштабное развитие цифровых технологий только начинается, а вот месторождения газа, обладающие серьезными запасами гелия, уже разрабатываются. Волей не волей, производство гелия превышает текущий спрос на него. В результате, часть гелия отправляют сразу на переработку, а другую часть – в виде концентрата закачивают в специальные хранилища.
 

Три страны - три судьбы
 
Принцип выделения гелия из природного газа и закачки его в федеральное резервное хранилище впервые внедрили Соединенные Штаты Америки, которые уже около века являются главным потребителем и производителем гелия. До сих пор Соединенные Штаты обеспечивают около 50% поставок этого газа на мировой рынок. Между тем, еще десять лет назад их доля достигала 86%.

Частично поставки идут за счёт нового производства, а частично – за счёт извлечения гелия из хранилища Клиффсайд, которое было создано в 19 километрах от города Амарилло, штат Техас, еще в 1925 году. Максимальный объем хранилища достигал порядка 1 млрд кубометров газа. В начале XX века хранилище обеспечивало поставки благородного газа для дирижаблей, в 1950 годах гелий стали использовать как охлаждающую жидкость при производстве оружия, затем этот газ нашел применение в бурно развивающихся космических технологиях. С 1990-ых годов предпринималось несколько попыток продажи запасов гелия либо приватизации хранилища Клиффсайд, но все они заканчивались появлением дефицита и резким ростом цен на «солнечный» газ. В итоге в 2013 году был принят специальный акт The Helium Stewardship Act, который продлил срок службы хранилища Клиффсайд. Документ также установил, что как только объемы гелия в хранилище снизятся с 300 млн кубометров до 100 млн кубометров, продажи гелия будут осуществляться только федеральным потребителям.

При этом США сокращают собственное потребление благородного газа, находя ему более дешевые заменители. К примеру, на производстве оптоволоконных кабелей вместо гелия можно использовать аргон и азот. Аргон также используют вместо гелия в сварке, водород – при обнаружении утечек (хотя очевидно, что водород более опасный в использовании газ), азот и водород – в хроматографии.

Катар, крупнейший производитель сжиженного природного газа, стал заниматься продажами гелия скорее для получения дополнительных доходов от побочного продукта. Концентрация гелия на катарских месторождениях не превышает 0,1% мольн. Но при производстве СПГ метан переходит в жидкое состояние примерно при минус 162 градусах Цельсия. После этого остаётся «мусорный» концентрат из гелия, водорода, кислорода и других газов. Объем гелия даже в этом замороженном коктейле небольшой, но он стоит в 20-30 раз дороже метана. Полученный гелий доставляется через Саудовскую Аравию в Дубаи в гелиевые логистические центры компаний Linde, Air Liquide и Iwatani. Сейчас доля Катара на мировом рынке, по разным оценкам, составляет от 21 до 25%.

Третье место по объемам поставок гелия на мировой рынок занимает Алжир. В этой стране сосредоточено 17% всех мировых запасов «солнечного» газа. Основной объём гелия извлекается из газа гигантского месторождения Хасси-Рмель (содержание гелия – 0,17%). Практически весь извлекаемый гелий идет во Францию, которая не столько потребляет благородный газ сама, сколько реэкспортирует его в другие страны. При этом объемы производства гелия в Алжире практически не растут, и к 2030 году не превысят 32 млн кубометров в год
 

«Звезда по имени Солнце»
 
В СССР гелий использовался, в основном, в космических технологиях, поэтому он был внесен в список продуктов стратегического назначения и информация о нем была засекречена. Единственный завод по производству гелия - Оренбургский гелиевый завод – создавался на базе Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения. Запасы этого месторождения на данный момент истощены, а производство гелия на Оренбургском заводе не превышает 5 млн кубометров в год.

С запуском в эксплуатацию Чаяндинского и Ковыктинского месторождений газа в Восточной Сибири перед Россией открываются реальные перспективы стать новой звездой на мировом рынке «солнечного» газа. Содержание гелия в газе этих месторождений составляет от 0,2 до 0,8% мольн. С учетом объемов добычи природного газа на Чаянде и Ковыкте, объем извлечения гелия будет равен мировому уровню потребления, и составит порядка 180 млн кубометров в год.

«При любом прогнозном варианте более половины добытого с газом гелия, не будет востребовано мировым рынком в ближайшие годы. Но с учетом того, что второго шанса по открытию месторождений с высоким содержанием гелия в России может не быть, необходимо обеспечить сохранение этого ценного и уникального продукта», - отмечает Н.Кисленко.

Согласно технологическому решению, треть этого газа (60 млн кубометров в год) будет поставляться для дальнейшей переработки на Амурский газоперерабатывающий завод. В случае роста рыночной потребности завод может увеличить производство товарного гелия до 80 млн кубометров в год.

Остальные объемы в виде концентрата будут закачиваться в подземные хранилища в обособленных продуктивных пластах Чаяндинского месторождения. Такое хранилище сможет содержать свыше 5 млрд кубометров гелия в течение нескольких десятилетий. Это и позволит России долгое время оставаться мировым лидером производства благородного газа.
 

Революционная мембрана
 
Первая из трех очередей по производству гелия мощностью в 20 млн кубометров в год была запущена на Амурском ГПЗ в сентябре прошлого года. После вывода ГПЗ на полную производительность в 60 млн кубометров гелия, завод станет мировым лидером по производству «солнечного» газа. Произведенный в сентябре жидкий гелий был отгружен в страны азиатско-тихоокеанского региона через созданный крупнейший в мире гелиевый хаб. Изоконтейнеры, в которых перевозится жидкий гелий, позволяют поддерживать температуру до минус 269 градусов Цельсия, обеспечивающую сохранение гелия в жидком состоянии.

С учетом того, что на Амурском ГПЗ одновременно с гелием выделяется азот, было принято решение о применении традиционной криогенной технологии.

Между тем, газ Чаяндинского месторождения помимо гелия содержит высокий процент легких углеводородов С2+ , поэтому при получении гелиевого концентрата для хранения применяется уже принципиально иная – мембранная технология. Она менее капиталоемкая, более энергоэффективная и простая в эксплуатации. Мембранная установка дает возможность извлекать гелий в небольших объемах (менее 2% объема от исходного газа) в виде концентрата, то есть смеси гелия и метана. Одновременно эта технология позволяет получать целую гамму легких углеводородов, служащих сырьем для полимерной и химической продукции.

Принципом работы мембранных систем является разница в скорости проникновения компонентов газа через материал мембраны. Основной поток газа проходит мембрану байпасом практически без потерь давления. Целевые компоненты проходят через мембрану со значительными потерями давления. В данном случае потоком низкого давления является гелиевый концентрат, содержащий до 40% мольн. гелия в своем составе. В соответствии с разработанной технологией, доля гелиевого концентрата от объема сырьевого газа не превышает 2% При этом наличие примесей в виде углеводородов не оказывают негативного влияния на данный процесс. Гелиевый концентрат, выделенный с использованием 2-х ступенчатой схемы мембранного газоразделения, компримируется и направляется на закачку. Подготовленный газ, содержащий не более 0,05% мольн. гелия, смешивается с байпасным газом (не прошедшим через установку) и поступает на Амурский ГПЗ.

Первая экспериментальная мембранная установка по извлечению гелия была построена еще в 2013 году и проходила испытания на Ковыктинском газоконденсатном месторождении. Испытания были признаны успешными, и в марте 2020 года на Чаяндинском месторождении была введена в эксплуатацию уже первая промышленная мембранная установка. Она включает 2 ступени газоразделения и состоит из шести технологических линий, производительность каждой из которых достигает 5,32 млрд кубометров природного газа в год. Вывод мембранной установки на полную мощность ожидается в 2024г.

Установка мембранного выделения гелиевого концентрата является по-настоящему прорывной отечественной инновационной технологией, не имеющей аналогов в мировой практике. Успешное применение на Чаяндинском месторождении позволит масштабировать и расширить сферу ее применения на других месторождениях «Газпрома».

Но основная задача мембранной установки – превратить Россию в лидера по производству гелия именно тогда, когда «солнечный» газ будет наиболее востребованным.

 

Пресс-служба ассоциации «Глобальная энергия»  

 
Связанные ссылки
· Больше про Атом Today Новости
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Атом Today Новости:
В Росатом пришли с обысками

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4
Ответов: 2


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 7 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Гелий до востребования (Всего: 0)
от Гость на 26/01/2022
"Сверхтекучесть гелия позволяет использовать этот газ для поиска утечек в трубопроводах и котлах" - как это?


[ Ответить на это ]


Re: Гелий до востребования (Всего: 0)
от Гость на 26/01/2022
""Сверхтекучесть гелия позволяет использовать этот газ для поиска утечек в трубопроводах и котлах" - как это?"-----------------------------------------------------Про гелиевый течеискатель ничего не знаете?


[
Ответить на это ]


Re: Гелий до востребования (Всего: 0)
от Гость на 27/01/2022
Ну там же не жидкий гелий в сверхтекучем состоянии.


[
Ответить на это ]


Re: Гелий до востребования (Всего: 0)
от Гость на 28/01/2022
Скорее всего деньги выведут за рубеж и производство провалят. Как в Роснано или с электроникой.


[ Ответить на это ]


Re: Гелий до востребования (Всего: 0)
от Гость на 28/01/2022
Эх!!Сталина на них не хватает!


[
Ответить на это ]


Re: Гелий до востребования (Всего: 0)
от Гость на 29/01/2022
Революционная мембрана
МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В БЫТУ
Я открыл неожиданное применение обратноосмотических устройств (ООУ) для получения качественного самогона!
Если бражку пропускать через ООУ, то система будет очищать исходный водно-спиртовый раствор от воды!
Следовательно, в остающейся жидкости повышается концентрация спирта!  Причем всё это происходит без нагрева и появления дополнительных, нежелательных примесей!
Таким образом, пропуская несколько раз остающийся раствор, можно поднять спирто-содержание до нужной крепости! С уважением к ПроАтому, Катковский Е.А.


[
Ответить на это ]


Re: Гелий до востребования (Всего: 0)
от Гость на 29/01/2022
Еще об одном состоянии гелия.
Свойства сверхкритической жидкости (СКЖ), (по устоявшейся терминологии - "Сверхкритические флюиды" - СКФ).  Сверхкритические жидкости имеют промежуточную плотность между жидкостью и газом. Как далее видно из фазовых диаграмм, они расположены при высоких температурах и давлениях.
Ряд СКЖ давно применяются в промышленности.  Различные применения и свойства СКЖ описаны в отечественном журнале "Сверхкритические флюиды". Возможно, гелий в состоянии СКЖ может иметь совершенно неожиданные свойства, полезные для уникальных технологий?Напр. для растворения и выделения определенных веществ или элементов их смесей (руд металлов).
По крайней мере, поиск информации по этой теме ничего не дал, даже название "Сверхкритический гелий" не найдено. 
Но физическое состояние "Сверхкритический гелий" вполне доступно!        Если при исследовании свойств такого гелия выявятся уникальные технологические возможности, то Россия может стать родиной новых технологий в разных отраслях!
С уважением к Проатому, Катковский Е.А.
ЗЫ
Всяких злопыхателей, укропов, критиков Путина и России прошу найти посты в других разделах!





[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.09 секунды
Рейтинг@Mail.ru